Onderzoekers hebben aangetoond hoe naar zwavel snakkende microben in een zuurstofloze omgeving etheen- en methaangas kunnen maken.

Etheen, of ethyleen, is een bijzonder stofje. In planten is het een stresshormoon, dat onder meer de rijping van de vruchten versnelt. ‘Rijg’ je de etheen-bouwsteentjes – buiten planten – aan elkaar, dan krijg je het polymeer polyeth(yl)een, een belangrijk component van kunststof.

Onderzoekers hebben ontdekt hoe microben etheen en broeikasgas methaan kunnen produceren. Bepaalde bacteriën, zo schrijft het team in vakblad Science, maken de stoffen als ze in een omgeving zonder zuurstof te weinig zwavel hebben. Dan zijn ze gedwongen hun interne processen om te gooien.

Lees ook: Bacteriën met metaaldieet ontdekt

Zwaveltekort

De onderzoekers deden de ontdekking toen ze het zwavelmetabolisme in fotosynthetiserende bacteriën Rhodospirillum rubrum en diens ‘familieleden’ onder de loep namen. Toen ze zuurstof en zwavel uit de omgeving onttrokken, zagen ze dat er, tegen de verwachtingen in, etheen werd geproduceerd.

Om te achterhalen waar die etheen precies vandaan kwam, scanden de onderzoekers de eiwitten in de bacteriën middels massaspectrometrie. Dit deden ze onder twee verschillende omstandigheden: een omgeving met, en een omgeving zonder zwavel. Wat bleek: zonder zwavel werd niet alleen bijna vijftigmaal zoveel van een bepaald soort eiwitten (de nitrogenase-like enzymes) geproduceerd, ook sommige ijzer- en zwavelhoudende eiwitten kwamen meer voor.

Bijproduct

Die toename van zwavelhoudende eiwitten in een zwavelloze omgeving, suggereert dat de bacteriën een andere manier hebben om zwavel te maken. Volgens de onderzoekers zijn de bacteriën zonder zwavel in de omgeving gedwongen (en in staat) de zwavel uit hun eigen afvalstoffen te ‘trekken’.

Uit het onderzoek blijkt dat zowel etheen als methaan bijproducten zijn van de ‘alternatieve productie’ (lees: in een zwavelloze omgeving) van methionine. Methionine is een zwavelhoudend aminozuur dat de microben onder meer nodig hebben om (andere) eiwitten mee te bouwen.

Voor de alternatieve productie van methionine, breken de nu in groten getale aanwezige nitrogenase-like enzymes de koolstofzwavelbindingen uit afvalstoffen van de bacteriën. Hierbij ontstaat de voorloper van methionine, en, afhankelijk van de specifieke afvalstof, etheen of methaan.

Planten, plastic, broeikasgas

Wat hebben we aan de ontdekking van deze alternatieve pathway? Volgens de onderzoekers zou deze anaerobe productie van etheen, als opgeschaald, een nieuwe, mogelijk veiligere manier zijn om kunststof en andere producten mee te produceren.

Belangrijker nog, zo stellen de onderzoekers, is dat de ontdekking licht schijnt op de mogelijke beschadiging van gewassen door de versnelde rijping door etheen in de bodem. Nu we weten waar die etheen vandaan komt, kan daar rekening mee gehouden worden, aldus het team. Hetzelfde geldt voor de productie van broeikasgas methaan.

Bronnen: Science, Oak Ridge National Laboratory, EurekAlert!

Beeld: Andy Sproles/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Departement of Energy